Ejercicios: Los ciclos de la materia

Explica la diferencia entre un ciclo biogeoquímico gaseoso y uno sedimentario, y clasifica en uno de los dos tipos los ciclos del carbono, del nitrógeno y del fósforo, justificando tu elección.

Describe el papel de las bacterias fijadoras de nitrógeno y de las bacterias nitrificantes, indicando qué transformación química realiza cada grupo y por qué resultan imprescindibles para la nutrición de las plantas.

Escribe las ecuaciones químicas globales de la fotosíntesis y de la respiración celular aeróbica, y explica qué papel juegan ambos procesos, en sentidos opuestos, dentro del ciclo del carbono.

Ordena las siguientes etapas del ciclo del nitrógeno tal como se suceden en un ecosistema y describe brevemente en qué consiste cada una: nitrificación, fijación, desnitrificación y amonificación.

El fósforo es con frecuencia el nutriente limitante en los ecosistemas continentales. Explica qué significa que un nutriente sea «limitante», por qué el ciclo del fósforo es tan lento y qué consecuencia tiene que carezca de fase gaseosa.

El esquema representa los principales reservorios y flujos del ciclo del carbono. Nombra los procesos señalados con las letras a, b y c, indica qué proceso corresponde a la flecha marcada con «?» y explica cómo altera ese flujo el equilibrio del ciclo.

Un equipo de control ambiental monitoriza una laguna costera tras un vertido de escorrentía agrícola y registra los siguientes datos:

• Día 5: Concentración de fósforo reactivo en superficie de $0.8\text{ mg/L}$ y clorofila $a$ de $65\ \mu\text{g/L}$; saturación de $\text{O}_2$ disuelto del $145\,\%$ a mediodía en los primeros $40\text{ cm}$ de profundidad.

• Día 20: Saturación de $\text{O}_2$ superficial del $35\,\%$ al amanecer; turbidez extrema ($40\text{ NTU}$); $\text{O}_2$ disuelto en el fondo ($3\text{ m}$) a $0.3\text{ mg/L}$, con desprendimiento de sulfuro de hidrógeno ($\text{H}_2\text{S}$) y mortandad de fauna bentónica.

Un técnico municipal afirma: «Es imposible que los peces mueran por asfixia si las algas producen oxígeno de sobra por fotosíntesis; la causa debe de ser una toxicidad química directa del nitrato».

1. a) Rebate la afirmación del técnico mediante argumentos biogeoquímicos: justifica por qué una proliferación autótrofa masiva desemboca necesariamente en anoxia hipolimnética y nocturna.
2. b) Explica qué grupo trófico prolifera a partir del día 15 y qué rutas del metabolismo anaeróbico explican la presencia de $\text{H}_2\text{S}$ en el fondo.
3. c) Predice qué consecuencias ecológicas inmediatas tendría sobre el ciclo de la materia tratar la laguna con un alguicida químico para erradicar el fitoplancton.

Dos lagos de alta montaña, situados a igual distancia de un polígono industrial con centrales térmicas de carbón, reciben precipitaciones continuadas con un pH medio de $4.1$. El seguimiento biológico y químico revela datos muy dispares:

• Lago A (asentado sobre cuenca granítica): Ha perdido sus poblaciones de salmónidos y anfibios; en sus aguas se detecta una concentración de $\text{Al}^{3+}$ disuelto de $0.35\text{ mg/L}$.

• Lago B (asentado sobre cuenca caliza): Conserva intacta su riqueza ictícola y no presenta aluminio disuelto detectable.

1. a) Justifica a escala litológica y química por qué un mismo flujo de lluvia ácida genera un colapso biológico en el lago A pero resulta inocuo en el lago B.
2. b) Explica el mecanismo biogeoquímico por el cual la acidificación del suelo circundante moviliza iones tóxicos como el $\text{Al}^{3+}$ y lixivia nutrientes esenciales ($\text{Ca}^{2+}$, $\text{Mg}^{2+}$), y predice el impacto de este fenómeno sobre el bosque de la cuenca A.
3. c) Para restaurar el lago A, una asociación propone añadir periódicamente grandes volúmenes de cal apagada o carbonato cálcico directamente al agua. Argumenta las limitaciones y posibles efectos perjudiciales de esta medida frente a reducir las emisiones de $\text{SO}_2$ en origen.

Un divulgador escéptico publica el siguiente mensaje: «La atmósfera contiene unas $850\text{ Gt}$ de carbono y los océanos más de $38\,000\text{ Gt}$. Nuestras emisiones anuales por quema de combustibles fósiles apenas rondan las $10\text{ Gt}$. Como el carbono total del planeta es constante y las emisiones antrópicas son menos del $0.03\,\%$ del reservorio marino, es absurdo sostener que podamos alterar el ciclo global del carbono».

1. a) Rebate su argumento distinguiendo entre la dinámica del ciclo biológico (rápido) y la del ciclo geológico (lento): utiliza los conceptos de flujo, tiempo de residencia y equilibrio dinámico para justificar por qué $10\text{ Gt/año}$ desestabilizan el clima global.
2. b) Si los sumideros naturales (biosfera y superficie oceánica) absorben de media el $45\,\%$ del carbono antrópico emitido cada año, calcula cuántas ppm de $\text{CO}_2$ se acumulan anualmente en la atmósfera sabiendo que $1\text{ ppm} \approx 2.13\text{ Gt}$ de carbono atmosférico.
3. c) Predice qué le ocurrirá a la capacidad del océano de seguir actuando como sumidero químico de $\text{CO}_2$ a medida que aumente la temperatura del agua superficial y disminuya su pH, justificando el equilibrio químico del ácido carbónico y los carbonatos.